光內送粉多道搭接多層堆積實體成形及溫度場模擬研究.pdf

1、大面積激光熔覆和實體成形一般需采用多道搭接多層疊加堆積技術,多道多層堆積熔覆層質量與光斑能量分布及送粉形式有很密切的關系。本課題組提出了中空激光光內送粉新技術,本文針對光內送粉對多道多層堆積的影響進行研究。采用單一因素變量法,以臨界搭接率進行多道搭接熔覆實驗,系統(tǒng)分析各工藝參數(shù)對多道搭接熔覆層表面平整度的影響,對多道搭接工藝參數(shù)進行優(yōu)化如下:激光功率為400~600W,掃描速度為5~8mm/s,送粉速率為4~8g/min。在保證表面平整

2、度的前提下,對多道搭接熔覆層各區(qū)域的顯微組織及顯微硬度進行分析,結論表明:單道熔化區(qū)組織為樹枝晶,單道熔覆層組織呈枝晶狀和塊狀,且晶粒比單道熔化區(qū)細,二次熔化區(qū)為粗大的胞狀晶,搭接區(qū)域組織為細小的顆粒狀及極少數(shù)枝狀晶;搭接區(qū)硬度較高,二次熔化區(qū)硬度較低,硬度分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。
　　本文采用ANSYS生死單元技術,對多道搭接熔覆的溫度場分布進行了詳細分析,并對單層多道搭接熔覆層各取樣點的溫度、溫度梯度及溫度變化速率的變化規(guī)律進行

3、分析總結,結論表明：熔池溫度峰值區(qū)域由“馬鞍形”或“月牙形”變?yōu)椤捌朐卵佬巍?同一道熔覆層上端部節(jié)點溫度比中間節(jié)點溫度高出100℃左右,呈現(xiàn)“端部效應”;節(jié)點處Y方向上溫度梯度都大于X、Z方向,因此Y方向更易產(chǎn)生裂紋,且在熔覆層與基體結合處附近區(qū)域,熔覆層枝狀晶沿 Y方向生長;各多道搭接層之間的溫度場分布變化大致相同。以實體成形較為成熟且加工原理與LCRM較為類似的SLS成形方式為參照,并結合擬成形實體的形狀、尺寸特征,對其設計了三種

4、掃描路徑。通過KUKA機器人對三種掃描路徑進行程序編制,并采用多道搭接優(yōu)化工藝參數(shù)進行實體成形實驗,在成形過程中對功率及層高進行控制,保證成形過程的穩(wěn)定進行。最后對三種掃描路徑所對應的成形件進行尺寸精度、表面平整度的測量,得出最優(yōu)的掃描路徑,并對效果最佳的成形件進行顯微硬度的測量。結果表明:雙向異側掃描成形件效果最優(yōu);在高度方向上,硬度雖然有所波動,但總體上分布均勻,且成形件頂部熔覆層相當于淬火處理,細化晶粒,硬度值得到較大的提高;而某